Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
i-403351.pdf
Скачиваний:
99
Добавлен:
26.03.2016
Размер:
2.5 Mб
Скачать

Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский федеральный университет

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КИБЕРНЕТИКИ

Методы оптимизации Часть II

Учебное пособие

Электронное издание

Красноярск

СФУ

2014

УДК 519.7(07)

ББК 22.18.73 М 34

Составитель: Масальский Геннадий Борисович

М 34 Математические основы кибернетики. Методы оптимизации: учебнометодическое пособие [Электронный ресурс] / сост. Г.Б. Масальский. – Электрон. дан. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2014. – Систем. требо-

вания: PC не ниже класса Pentium I; 128 Mb RAM; Windows 98/XP/7; Adobe Reader V8.0 и выше. – Загл. с экрана.

В пособии рассмотрены классические задачи математического программирования, нелинейного, линейного программирования и специальные задачи линейного программирования. Приведены алгоритмы решения указанных задач и программы в среде Mathcad и Matlab, иллюстрирующих работу методов оптимизации.

Предназначено студентам направления подготовки 220000 "Автоматика и управление", специальности 220402.65 "Роботы и робототехнические системы", а также для направления подготовки бакалавров 15.03.06 (221000.62) "Мехатроника и робототехника". Может служить пособием магистрам, аспирантам и инженерно-техническим работникам при формализации стохастических объектов управления и решении задач статической оптимизации.

УДК 519.7(07)

ББК 22.18.73 © Сибирский федеральный

университет, 2014

Электронное учебное издание

Подготовлено к публикации ИЦ БИК СФУ

Подписано в свет 24.11.2014. Заказ № 2678 Тиражируется на машиночитаемых носителях

Издательский центр Библиотечно-издательского комплекса Сибирского федерального университета 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79

Тел/факс (391)206-21-49. E-mail rio@sfu-kras.ru http://rio.sfu-kras.ru

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение...............................................................................................................

4

1. Введение в задачи оптимизации..................................................................

5

 

1.1.

Функции одной переменной ..............................................................

5

 

1.2.

Функции многих переменных ...........................................................

11

 

Задачи .............................................................................................................

15

2. Классическая задача математического программирования .....................

16

 

2.1.

Задачи оптимизации при отсутствии ограничений .........................

17

 

2.2.

Метод множителей Лагранжа............................................................

21

 

Задачи .............................................................................................................

26

3.

Нелинейное программирование ..................................................................

27

 

3.1.

Постановка задачи ..............................................................................

27

 

3.2.

Условия Куна-Таккера........................................................................

29

 

3.3.

Методы решения задач нелинейного программирования ..............

34

 

3.4.

Градиентные методы оптимизации...................................................

35

 

3.5.

Квадратичные методы оптимизации.................................................

40

 

3.6.

Учет ограничений в градиентных методах оптимизации...............

48

 

3.7.

Последовательный симплексный метод...........................................

58

 

3.8.

Метод Нелдера-Мида .........................................................................

72

 

3.9.

Комплекс-метод Бокса........................................................................

76

 

3.10. Методы случайного поиска ...............................................................

78

 

3.11. Глобальный поиск...............................................................................

82

 

3.12. Многокритериальные задачи .............................................................

84

 

Задачи .............................................................................................................

87

4.

Линейное программирование ......................................................................

89

 

4.1.

Постановка задачи ..............................................................................

89

 

4.2.

Двойственные задачи ЛП ...................................................................

91

 

4.3. Методы решения задачи линейного программирования................

94

 

4.4. Идея симплекс-метода линейного программирования ...................

98

 

Задачи .............................................................................................................

104

5. Специальные задачи линейного программирования.................................

110

 

5.1.

Транспортные задачи..........................................................................

110

 

5.2.

Задачи целочисленного программирования.....................................

115

 

5.3.

Задача выбора вариантов ...................................................................

119

 

5.4.

Дискретное программирование .........................................................

126

 

5.5.

Задача коммивояжера .........................................................................

129

 

Задачи .............................................................................................................

134

Библиографический список ...............................................................................

135

Список используемых аббревиатур и обозначений ........................................

136

3

ВВЕДЕНИЕ

Многие задачи производственной деятельности связаны с поиском оптимального варианта, например, задача выбора оптимальной программы производства, рациональных способов транспортировки грузов, поиск оптимального проектного решения конструкции в условиях ограничений и выбранного критерия эффективности. Для решения таких задач разработаны методы оптимизации, используемые в математическом программировании (статическая оптимизация). Большинство приведенных в учебном пособии методов оптимизации реализованы в виде стандартных процедур в программных средах Mathcad и Matlab и других специализированных математических средах. Для выполнения инженерных задач статической оптимизации важно корректно осуществить постановку задачи, выбрать соответствующий метод оптимизации и оценить полученный результат. Этому посвящена 2-я часть учебного пособия.

Впервой главе дана постановка общей задачи математического программирования и некоторые геометрические и практические аспекты ее решения для функции одной и многих переменных.

Во второй главе дана постановка классической задачи математического программирования и методы ее решения, сопровождаемые примерами в сре-

де Mathcad.

Третья глава посвящена рекуррентным методам решения задач нелинейного программирования, в том числе в условиях ограничений. Подробно рассмотрены алгоритмы последовательного симплексного метода, разработанные сотрудниками кафедры «Робототехника и техническая кибернетика» политехнического института СФУ.

Вчетвертой главе дана постановка задачи линейного программирования и методы ее решения с использованием стандартных функций Mathcad и Matlab.

Впятой главе приведены постановки специальных задач линейного программирования (транспортные задачи, целочисленного программирования, выбора вариантов) и методы их решения в среде Mathcad и Matlab.

4

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]